實驗一 光電探測器特性測試實驗

1、實驗一 光電探測器特性測試實驗一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)光電探測器響應(yīng)度及量子效率的概念2、掌握光電探測器響應(yīng)度的測試方法3、了解光電探測器響應(yīng)度對光纖通信系統(tǒng)的影響二、實驗內(nèi)容1、測試1310nm 檢測器I-P 特性2、根據(jù)I-P 特性曲線,得出檢測器的響應(yīng)度并計算其量子效率三、實驗儀器1、ZY12OFCom23BH1型光纖通信原理實驗箱 1臺2、光功率計 1臺3、FC-FC 單模光跳線 1根4、萬用表 1臺5、連接導(dǎo)線1根四、實驗原理在光纖通信工程中,光檢測器(photodetector ,又稱光電探測器或光檢波器。按其作用原理可分為熱器件和光子器件兩大類。前者是吸收光子使器件升溫,從而探知入射

2、光能的大小,后者則將入射光轉(zhuǎn)化為電流或電壓,是以光子-電子的能量轉(zhuǎn)換形式完成光的檢測目的。最簡單的光檢測器就是p-n 結(jié),但它存在許多缺點,光纖通信系統(tǒng)中,較多采用p-i-n 光電二極管(簡稱PIN 管及雪崩光電二極管(APD 管,都是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體器件。在給定波長的光照射下,光檢測器的輸出平均電流與入射的光功率平均值之比稱響應(yīng)率或響應(yīng)度。簡言之,即輸入單位的光功率產(chǎn)生的平均輸出電流,R 的單位為A/W 或uA/uW 。其表達(dá)式為:P I R p = (1-1響應(yīng)率是器件外部電路中呈現(xiàn)的宏觀靈敏特性,而量子效率是內(nèi)部呈現(xiàn)的微觀靈敏特性。量子效率是能量為h 的每個入射光子所產(chǎn)生的電子-空穴

3、載流子對的數(shù)量:hvP eP /I =入射到器件上的光子數(shù)對數(shù)通過結(jié)區(qū)的光生載流子= (×100% (1-2上式中,e 是電子電荷;為光的頻率。通過測試I P 與P 的關(guān)系,即可計算獲得檢測器的量子效率,其中光電檢測器的量子效率與響應(yīng)度的關(guān)系為:24.1=R (1-3在波長確定的情況下,通過測試得到一定光功率下檢測器輸出的電流,即可獲得檢測器的響應(yīng)度及量子效率的大小,從而了解檢測器的性能指標(biāo)。實驗箱中,1310nm 與1550nm 兩個波長使用的檢測器均為PIN 光電二極管,用光功率計測試得到光發(fā)端機(jī)輸出的平均光功率,然后再測試得到光收端機(jī)檢測得到的響應(yīng)電流,改變光發(fā)端機(jī)輸出功率,作

4、檢測器端的I-P 特性曲線,曲線斜率即為特定波長下的響應(yīng)度。響應(yīng)電流的測定是通過運放,將檢測器的電流信號,放大成電壓信號后得到的,檢測電壓點為T103(VOUT ,即此測試點與接地點之間的電壓V 。其放大系數(shù)為n 可以通過W47(現(xiàn)行度調(diào) 6、用萬用表測量T97(TV+和T98(TV-兩端電壓V7-8(紅表筆插T97,黑表筆插T98,調(diào)節(jié)W44(半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電壓,使萬用表示數(shù)為30mV,將電位器W47(線性度調(diào)節(jié)順時針調(diào)到最大(電位器W47(線性度調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)(式1-4中n的值,此處調(diào)節(jié)到最大時n=5,即此時的I=V/50000。,用萬用表測試T103(VOUT與地之間電壓V,填入下表中,

5、將1310nm光收端機(jī)端光纖取出,測試此時光功率并填入對應(yīng)表格中。7、調(diào)節(jié)W44,減小驅(qū)動電流,用萬用表測量T97(TV+和T98(TV-兩端電壓,使得萬用表示數(shù)為下表中的數(shù)值,測試T103(VOUT與地之間的電壓,同時取出光纖測試光功率,填入對應(yīng)表格中。8、依次關(guān)閉各直流電源、交流電源,將K30撥到下面,拆除導(dǎo)線,將實驗箱還原。 表1-1 實驗結(jié)果記錄表9、將測得的電壓,代入公式1-5中,計算得到檢測器輸出電流I,填入對應(yīng)表格中。六、實驗測試點說明T97(V+、T98(V-激光器的數(shù)字驅(qū)動電壓測試端T103(VOUT探測器I-P特性曲線電壓測試端七、實驗報告要求1、字跡工整2、原理論述清楚3、根據(jù)測試結(jié)果,畫出1310nm光檢測器I-P特性曲線;計算直線